基于高中物理核心素養的研學實踐教育案例研究

摘 要：通過分析校外研學活動與校內科學競賽案例，探討如何通過實踐活動提升學生的物理學科核心素養。研究采用案例研究法，結合定性與定量數據分析，評估學生在參與實踐活動中的表現和學習成果。結果表明，研學實踐活動有效促進了學生的創新思維、問題解決能力和團隊合作能力的發展，并顯著提高了他們的物理學科理解和應用能力。研究強調了實踐教育在高中物理教學中的重要性，具有一定的教育意義和實踐價值。

關鍵詞：高中物理；核心素養；研學實踐；科學競賽；教育案例

基金項目：玉林市教育科學“十四五”規劃2022年度教研引領專項課題教研引領“基于高中物理學科核心素養的研學實踐教育的案例研究”（課題編號：2022YZ208）的研究成果。

作者簡介：黃春勇（1980—），男，廣西壯族自治區北流市高級中學。

陳 敏（1989—），女，廣西壯族自治區北流市高級中學。

通信作者：謝奔峰（1978—），男，廣西壯族自治區北流市高級中學。

物理學科核心素養包括科學探究、物理建模、批判性思維和創新能力等，能幫助學生理解物理原理，解決實際問題，是高中物理教育改革的關鍵目標。隨著新課程標準的實施，物理教學不再局限于知識傳授，而是更注重培養學生的綜合能力，尤其是將物理知識應用于實際情境中的能力。

在物理教學中，研學實踐活動能夠幫助學生將理論知識與實際情境相結合，激發他們的探究興趣和提升解決問題的能力。本研究結合我校開展的校外研學活動（如參觀燈籠橋、圭江明珠大橋等）以及校內科學競賽項目（如紙橋承重、落體緩降和水火箭制作等），探討如何通過實踐活動提升學生的物理核心素養，進而推動物理教學改革和素養教育的創新。

一、研究背景

（一）物理學科核心素養的研究現狀

物理學科核心素養是新課程改革的重要目標，涵蓋科學探究、物理建模、批判性思維和創新能力等方面［1］。物理學科核心素養不僅是對學生知識掌握的要求，更強調學生在學習過程中如何運用所學知識解決實際問題。特別是在面對復雜問題時，培養學生的創新思維、批判性思維以及系統分析能力顯得尤為重要。然而，盡管對于核心素養的框架和理論已有較為完善的探討，但關于如何在高中物理教學中實現這些素養的具體實踐案例仍較為匱乏，尤其是在具體教學情境下如何有效地融合這些核心素養，尚缺乏系統性和具備良好可操作性的研究成果。

（二）研學實踐教育的研究現狀

研學實踐教育通過讓學生參與實際探究活動，成為提升學生綜合素養的有效途徑［2］。在物理學科中，校外考察與校內比賽有助于學生將理論與實踐相結合，但現有研究多集中在課堂教學，缺乏系統的研學活動分析，尤其是實踐活動的具體設計和實施。

（三）研究總結

盡管研學教育和核心素養培養在物理教育領域中已得到一定研究，但針對具體教學案例和實踐活動的系統分析較為稀缺。本研究通過多個案例分析，探討研學實踐活動如何在不同情境下促進物理學科核心素養的提升，為物理教學提供實踐指導［3］。

二、研究方法

（一）研究設計

研究采用案例研究法，需要明確研究的目標、對象和研究周期。

（二）數據收集方法

定性數據：通過訪談法、課堂觀察法和學生作品分析法收集數據，分析學生在活動中的參與表現、問題解決過程和科學思維能力。

定量數據：通過學生作品評分（如紙橋承重、落體緩降裝置、水火箭等），評估學生的物理學科核心素養的提升情況。

三、案例實施

（一）校外研學活動實施

1.小組分配與任務安排

學生分為3個小組，每組7—9人，任務包括：方案設計，設計實驗方案或展示內容；數據收集，查閱資料、收集數據；實驗操作，執行操作并記錄數據；匯報準備，整理研究結果并展示。

2.任務安排表

教師在活動開始前提供任務說明書，列出目標和所需材料。研學活動的時間安排如下表 1。

（二）校內科學競賽活動實施

1.競賽項目介紹

高二年級競賽項目：

鐵絲陀螺：涉及轉動慣量、角動量和力矩。

投石機：涉及拋物線運動、力學原理和能量轉化。

高一年級競賽項目：

紙橋承重：涉及材料力學和結構設計。

落體緩降：研究軌道形狀、傾斜角度和滑動摩擦力對下落時間的影響。

水火箭制作：涉及氣體壓力、噴射原理和運動學。

2.任務要求與材料

落體緩降項目：鋼球、卡紙、透明膠等。

紙橋承重項目：70克A4紙、文具膠水、測重車等。

競賽要求學生根據提供的材料制作模型，按要求進行測試并提交作品。

3.競賽展示與結果

學生按班級組成小組，通過查閱資料和設計草圖完成項目，提交作品進行審核。在學校禮堂開展展示比賽，每個小組依次匯報設計思路、實驗過程和成果。評審組根據表現打分并公布成績，根據排名，學生按比例獲得一等獎、二等獎和三等獎，并在禮堂舉行頒獎儀式。通過這樣的動手實踐活動，學生不僅學到了物理原理，提升了物理核心素養，還在實際操作中提升了問題解決能力和團隊協作精神。

四、研究結果與討論

（一）活動對學生核心素養的影響

通過研學活動和科學競賽的實施，學生在多個方面的能力得到了顯著提升，特別是在創新思維、問題解決能力和團隊合作能力這些在物理學科核心素養中占據重要位置的方面。

第一，創新思維的培養。在本研究中，創新思維的培養貫穿于所有研學活動和競賽項目。例如，在“紙橋承重”項目中，學生不僅需要理解力學原理，還要在有限的材料和時間內進行創新設計，以提高橋梁的承重能力。學生通過設計橋梁結構、選擇材料、計算承重點等步驟，逐步培養在物理學實驗中運用創新思維的能力。通過這種任務驅動的實踐，學生將物理學的理論知識與實際問題相結合，提升自身思維的靈活性與創造性。

第二，問題解決能力的提高。在校外研學活動和科學競賽中，學生面對的實際問題促使他們進行自主思考和不斷試驗。以“落體緩降”項目為例，學生要設計一種方法來延長物體下落時間，這個過程涉及實驗設計、數據收集和分析。學生需要優化實驗步驟，并根據實驗結果的反饋進一步調整設計方案。通過這一過程，學生不僅加強了對物理理論知識的理解，提升了解決復雜物理問題的能力，還提高了將理論應用于實踐的能力。

第三，團隊合作能力的增強。所有研學活動和競賽均為小組合作形式，團隊成員之間的分工與協作對任務的完成至關重要。例如，在“水火箭”項目中，學生不僅要討論火箭的設計方案，還要分工合作進行火箭的制作與發射。通過這種集體合作，學生在溝通、協作、任務管理等方面獲得了顯著提升。每個小組成員的貢獻都會對整體任務結果產生影響，這使得學生學會了在團隊中發揮自己的優勢，與他人共同實現目標。

（二）學生學習成果的評估

通過對學生的作品評分、課堂表現以及心得反思進行分析，我們可以清晰地看到學生在物理學科上的進步，尤其是在動手能力、物理理解和實際應用方面。

第一，作品評分。在校內的科學競賽中，學生的作品質量直接反映了他們對物理原理的理解與實際應用能力。例如，在“鐵絲陀螺”競賽中，成功設計出旋轉時間較長的陀螺的學生，對轉動慣量、角動量等物理概念有更為深刻的理解。在評分過程中，教師和評審專家不僅考慮學生作品的完成度，還評估學生在設計過程中對物理理論的實際運用能力。因此，作品評分可以反映學生是否掌握了相關物理知識，以及能否將其創新地應用于實際問題中。

第二，課堂表現。研學活動極大地激發了學生對物理學的興趣，學生在課堂上的表現變得更加積極主動，課堂討論和學生間的互動明顯增加。例如，在“投石機”原理討論中，學生能夠根據實驗結果提出多種設計方案，并通過實驗驗證自己的假設。這一變化表明，研學活動不僅豐富了學生的物理知識，還極大地提升了他們的思辨能力和實踐能力。

第三，心得反思。學生在活動后的反思日志中普遍提到，通過參與實踐活動，他們不僅加深了對物理概念的理解，還意識到了物理知識在現實中的廣泛應用。有學生反映，之前在課堂上學到的物理理論與實際生活的聯系較為抽象，而通過親手設計和實驗，他們更加深入地理解了物理現象背后的原理，并能將理論與現實問題相結合，提升了自己的綜合應用能力。這種反思表明，研學活動有效促進了學生物理學科核心素養的全面發展。

（三）研究中的不足與改進建議

盡管研學活動和科學競賽取得了預期的效果，但在實施過程中也遇到了一些挑戰和困難，需要在未來的教學設計中進一步改進。

首先是時間安排的挑戰。部分活動由于設計復雜，學生需要投入大量時間進行實驗和制作，比如在“落體緩降”項目中，雖然學生提出了多個創意設計，但由于時間的限制，部分小組未能充分進行試驗和優化。未來可以考慮合理調整活動的時間安排，可以適當延長活動時間或將活動分階段。在時間安排上，既要保證活動的深度，又要避免因時間不足導致的實驗草率或結果偏差。

其次是資源限制。某些活動的實施受到資源限制，特別是在物理模型制作過程中，材料和設備的不足會影響學生創意的實現。例如，在“水火箭”項目中，學生需要特定的設計材料和工具，但學校的資源有限，部分小組的設計方案未能完全實現。未來可以考慮增加實驗資源，或鼓勵學生自帶材料，以便更好地開展項目。

最后是評估標準的局限性。雖然作品評分為學生提供了量化的評估依據，但評分過程中可能存在一定的主觀性影響，尤其是在評審創新性和實驗操作方面。為了提高評估的公正性和準確性，未來應制定更為細致和明確的評分標準，并將學生的過程性表現與成果性表現結合起來，進行綜合評估。可以從設計階段的思路記錄、團隊合作表現、實驗數據的分析等方面進行評估，以全面反映學生的綜合能力，避免單一評估標準的局限性。

五、總結

通過本次研究發現，研學活動和科學競賽對學生物理學科核心素養的培養有積極影響，尤其在創新思維、問題解決能力和團隊合作能力等方面。同時，也在活動中發現了時間、資源和評估標準等方面的挑戰，為未來的教學設計提供了寶貴的經驗。今后的活動應更加注重時間安排、資源支持和評估標準的完善，進一步提升學生的學習體驗和學科素養。

［參考文獻］

鄒正娟.基于高中物理學科核心素養的教學策略探究［J］.科學咨詢（教育科研），2022（11）：215-217.

顧仙宇.打造研學基地帶動學科實踐［J］. 基礎教育課程，2022（6）：23-28.

鞏曉陽.中小學研學實踐活動與教育評價［J］.教育，2024（16）：45-47.